L'hydrogène est un élément spécial qui occupe deux cellules à la fois dans le système périodique de Mendeleïev. Il est situé dans deux groupes d'éléments aux propriétés opposées, et cette caractéristique le rend unique. L'hydrogène est une substance simple et partie intégrante nombreux composés complexes, c'est un élément organogène et biogénique. Il vaut la peine de se familiariser en détail avec ses principales caractéristiques et propriétés.

L'hydrogène dans le système périodique de Mendeleïev

Les principales caractéristiques de l'hydrogène indiquées dans :

• le numéro de série de l'élément est 1 (il y a le même nombre de protons et d'électrons) ;
• la masse atomique est de 1,00795 ;
• l'hydrogène a trois isotopes, chacun ayant des propriétés particulières ;
• en raison du contenu d'un seul électron, l'hydrogène est capable de présenter des propriétés réductrices et oxydantes, et après le don d'un électron, l'hydrogène a une orbitale libre, qui participe à la composition liaisons chimiques selon le mécanisme donneur-accepteur ;
• l'hydrogène est un élément léger de faible densité ;
• l'hydrogène est un agent réducteur fort, il ouvre le groupe métal alcalin dans le premier groupe du sous-groupe principal ;
• lorsque l'hydrogène réagit avec des métaux et d'autres agents réducteurs puissants, il accepte leur électron et devient un agent oxydant. Ces composés sont appelés hydrures. Selon la caractéristique indiquée, l'hydrogène appartient conditionnellement au groupe des halogènes (dans le tableau, il est donné au-dessus du fluor entre parenthèses), avec lequel il présente des similitudes.

L'hydrogène en tant que substance simple

L'hydrogène est un gaz dont la molécule est composée de deux. Cette substance a été découverte en 1766 par le scientifique britannique Henry Cavendish. Il a prouvé que l'hydrogène est un gaz qui explose lorsqu'il interagit avec l'oxygène. Après avoir étudié l'hydrogène, les chimistes ont découvert que cette substance est la plus légère de toutes connues de l'homme.

Un autre scientifique, Lavoisier, a donné à l'élément le nom "hydrogénium", qui signifie en latin "donnant naissance à l'eau". En 1781, Henry Cavendish a prouvé que l'eau est une combinaison d'oxygène et d'hydrogène. En d'autres termes, l'eau est le produit de la réaction de l'hydrogène avec l'oxygène. Les propriétés combustibles de l'hydrogène étaient connues même des anciens scientifiques: les archives correspondantes ont été laissées par Paracelse, qui a vécu au XVIe siècle.

L'hydrogène moléculaire est un composé gazeux naturel commun dans la nature, qui se compose de deux atomes et lorsqu'un éclat brûlant est soulevé. Une molécule d'hydrogène peut se désintégrer en atomes qui se transforment en noyaux d'hélium, car ils sont capables de participer à des réactions nucléaires. De tels processus se produisent régulièrement dans l'espace et sur le Soleil.

L'hydrogène et ses propriétés physiques

L'hydrogène a les paramètres physiques suivants :

• bout à -252,76 °C;
• fond à -259,14 °C ; *dans les limites de température indiquées, l'hydrogène est un liquide inodore et incolore ;
• l'hydrogène est légèrement soluble dans l'eau;
• l'hydrogène peut théoriquement passer à l'état métallique lorsqu'il est fourni conditions spéciales(basses températures et haute pression);
• l'hydrogène pur est une substance explosive et combustible ;
• l'hydrogène est capable de diffuser à travers l'épaisseur des métaux, il s'y dissout donc bien;
• l'hydrogène est 14,5 fois plus léger que l'air ;
• à haute pression des cristaux d'hydrogène solide ressemblant à de la neige peuvent être obtenus.

Propriétés chimiques de l'hydrogène

Méthodes de laboratoire :

• interaction d'acides dilués avec des métaux actifs et des métaux d'activité moyenne;
• hydrolyse des hydrures métalliques;
• réaction avec l'eau des métaux alcalins et alcalino-terreux.

Composés d'hydrogène :

Halogénures d'hydrogène; composés hydrogène volatils de non-métaux; hydrures; les hydroxydes; hydroxyde d'hydrogène (eau); peroxyde d'hydrogène; composés organiques(protéines, lipides, glucides, vitamines, lipides, huiles essentielles, les hormones). Cliquez pour voir des expériences sûres sur l'étude des propriétés des protéines, des graisses et des glucides.

Pour collecter l'hydrogène résultant, vous devez garder le tube à essai retourné. L'hydrogène ne peut pas être récolté gaz carbonique car il est beaucoup plus léger que l'air. L'hydrogène s'évapore rapidement et lorsqu'il est mélangé à l'air (ou dans une grande accumulation), il explose. Par conséquent, il est nécessaire d'inverser le tube. Immédiatement après le remplissage, le tube est fermé avec un bouchon en caoutchouc.

Pour vérifier la pureté de l'hydrogène, vous devez apporter une allumette allumée au col du tube à essai. Si un pop sourd et silencieux se produit, le gaz est propre et les impuretés de l'air sont minimes. Si le pop est fort et sifflant, le gaz dans le tube à essai est sale, il contient une grande proportion de composants étrangers.

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L'HYDROGÈNE, N (lat. hydrogénium ; a. hydrogène ; n. Wasserstoff ; f. hydrogène ; et. hidrogeno), est un élément chimique du système périodique des éléments de Mendeleev, qui est simultanément attribué aux groupes I et VII, numéro atomique 1, masse atomique 1, 0079. L'hydrogène naturel a des isotopes stables - protium (1 H), deutérium (2 H ou D) et radioactifs - tritium (3 H ou T). Pour les composés naturels, le rapport moyen D/Н = (158±2).10 -6 Le contenu d'équilibre de 3 Н sur la Terre est de ~5.10 27 atomes.

Propriétés physiques de l'hydrogène

L'hydrogène a été décrit pour la première fois en 1766 par le scientifique anglais G. Cavendish. Dans des conditions normales, l'hydrogène est un gaz incolore, inodore et insipide. Dans la nature, à l'état libre, il se présente sous forme de molécules H 2 . L'énergie de dissociation de la molécule H 2 est de 4,776 eV ; le potentiel d'ionisation de l'atome d'hydrogène est de 13,595 eV. L'hydrogène est la substance la plus légère de toutes connues, à 0°C et 0,1 MPa 0,0899 kg/m 3 ; point d'ébullition - 252,6 ° C, point de fusion - 259,1 ° C; paramètres critiques : t - 240°C, pression 1,28 MPa, densité 31,2 kg/m 3. Le plus thermiquement conducteur de tous les gaz - 0,174 W / (m.K) à 0 ° C et 1 MPa, chaleur spécifique 14 208,10 3 J(kg.K).

Propriétés chimiques de l'hydrogène

L'hydrogène liquide est très léger (densité à -253°C 70,8 kg/m 3) et fluide (à -253°C elle est de 13,8 cP). Dans la plupart des composés, l'hydrogène présente un état d'oxydation de +1 (similaire aux métaux alcalins), moins souvent -1 (similaire aux hydrures métalliques). Dans des conditions normales, l'hydrogène moléculaire est inactif ; solubilité dans l'eau à 20°C et 1 MPa 0,0182 ml/g ; bien soluble dans les métaux - Ni, Pt, Pd, etc. Forme de l'eau avec de l'oxygène avec un dégagement de chaleur de 143,3 MJ / kg (à 25 ° C et 0,1 MPa); à 550°C et plus, la réaction s'accompagne d'une explosion. Lors de l'interaction avec le fluor et le chlore, les réactions s'accompagnent également d'une explosion. Les principaux composés hydrogénés : H 2 O, l'ammoniac NH 3, l'hydrogène sulfuré H 2 S, CH 4, les hydrures métalliques et halogénés CaH 2, HBr, Hl, ainsi que les composés organiques C 2 H 4, HCHO, CH 3 OH, etc. .

L'hydrogène dans la nature

L'hydrogène est un élément répandu dans la nature, sa teneur est de 1% (en masse). Le principal réservoir d'hydrogène sur Terre est l'eau (11,19 %, en masse). L'hydrogène est l'un des principaux composants de tous les composés organiques naturels. À l'état libre, il est présent dans les gaz volcaniques et autres gaz naturels, en (0,0001%, par le nombre d'atomes). Il constitue l'essentiel de la masse du Soleil, des étoiles, du gaz interstellaire, des nébuleuses à gaz. Il est présent dans les atmosphères des planètes sous forme de H 2 , CH 4 , NH 3 , H 2 O, CH, NHOH, etc. Il fait partie du rayonnement corpusculaire du Soleil (flux de protons) et des rayons cosmiques (flux d'électrons flux).

Obtenir et utiliser de l'hydrogène

Les matières premières pour la production industrielle d'hydrogène sont les gaz raffinés, les produits de gazéification, etc. Les principales méthodes de production d'hydrogène sont la réaction des hydrocarbures avec la vapeur d'eau, l'oxydation incomplète des hydrocarbures, la conversion des oxydes, l'électrolyse de l'eau. L'hydrogène est utilisé pour la production d'ammoniac, d'alcools, d'essence synthétique, d'acide chlorhydrique, l'hydrotraitement des produits pétroliers, la coupe des métaux avec une flamme hydrogène-oxygène.

L'hydrogène est un carburant gazeux prometteur. Le deutérium et le tritium ont trouvé une application dans l'ingénierie de l'énergie nucléaire.

L'hydrogène H est l'élément le plus courant dans l'Univers (environ 75% en masse), sur Terre c'est le neuvième élément le plus courant. Le composé d'hydrogène naturel le plus important est l'eau.
L'hydrogène occupe la première place dans le tableau périodique (Z = 1). Il a la structure la plus simple d'un atome : le noyau d'un atome est 1 proton, entouré d'un nuage d'électrons constitué d'1 électron.
Dans certaines conditions, l'hydrogène présente des propriétés métalliques (donne un électron), dans d'autres - non métalliques (accepte un électron).
Les isotopes de l'hydrogène se trouvent dans la nature: 1H - protium (le noyau est constitué d'un proton), 2H - deutérium (D - le noyau est constitué d'un proton et d'un neutron), 3H - tritium (T - le noyau est constitué d'un proton et de deux neutrons).

La substance simple hydrogène

La molécule d'hydrogène est constituée de deux atomes liés par une liaison covalente non polaire.
propriétés physiques. L'hydrogène est un gaz incolore, non toxique, inodore et insipide. La molécule d'hydrogène n'est pas polaire. Par conséquent, les forces d'interaction intermoléculaire dans l'hydrogène gazeux sont faibles. Cela se manifeste par des points d'ébullition (-252,6 0С) et des points de fusion (-259,2 0С) bas.
L'hydrogène est plus léger que l'air, D (dans l'air) = 0,069 ; légèrement soluble dans l'eau (2 volumes de H2 se dissolvent dans 100 volumes de H2O). Par conséquent, l'hydrogène, lorsqu'il est produit en laboratoire, peut être collecté par des méthodes de déplacement d'air ou d'eau.

Obtenir de l'hydrogène

Dans le laboratoire:

1. Action des acides dilués sur les métaux :
Zn +2HCl → ZnCl2 +H2

2. Interaction des alcalins et métaux sh-z avec de l'eau:
Ca + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2

3. Hydrolyse des hydrures : les hydrures métalliques sont facilement décomposés par l'eau avec formation de l'alcali et de l'hydrogène correspondants :
NaH + H2O → NaOH + H2
CaH 2 + 2H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + 2H 2

4. L'action des alcalis sur le zinc ou l'aluminium ou le silicium :
2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2
Zn + 2KOH + 2H 2 O → K 2 + H 2
Si + 2NaOH + H2O → Na2SiO3 + 2H2

5. Électrolyse de l'eau. Pour augmenter la conductivité électrique de l'eau, on y ajoute un électrolyte, par exemple NaOH, H 2 SO 4 ou Na 2 SO 4. A la cathode, 2 volumes d'hydrogène se forment, à l'anode - 1 volume d'oxygène.
2H2O → 2H2 + O2

Production industrielle d'hydrogène

1. Conversion du méthane avec de la vapeur, Ni 800 °C (moins cher) :
CH 4 + H 2 O → CO + 3 H 2
CO + H 2 O → CO 2 + H 2

Au total:
CH 4 + 2 H 2 O → 4 H 2 + CO 2

2. Vapeur d'eau à travers du coke chaud à 1000 o C :
C + H 2 O → CO + H 2
CO + H 2 O → CO 2 + H 2

Le monoxyde de carbone (IV) résultant est absorbé par l'eau, on obtient ainsi 50% d'hydrogène industriel.

3. En chauffant le méthane à 350°C en présence d'un catalyseur au fer ou au nickel :
CH 4 → C + 2H 2

4. Électrolyse de solutions aqueuses de KCl ou de NaCl comme sous-produit :
2H 2 O + 2NaCl → Cl 2 + H 2 + 2NaOH

Propriétés chimiques de l'hydrogène

• Dans les composés, l'hydrogène est toujours monovalent. Il a un état d'oxydation de +1, mais dans les hydrures métalliques, il est de -1.
• La molécule d'hydrogène est constituée de deux atomes. L'émergence d'une liaison entre eux s'explique par la formation d'une paire généralisée d'électrons H : H ou H 2
• En raison de cette généralisation des électrons, la molécule H 2 est énergétiquement plus stable que ses atomes individuels. Pour casser une molécule en atomes dans 1 mole d'hydrogène, il faut dépenser une énergie de 436 kJ: H 2 \u003d 2H, ∆H ° \u003d 436 kJ / mol
• Ceci explique l'activité relativement faible de l'hydrogène moléculaire à température ordinaire.
• Avec de nombreux non-métaux, l'hydrogène forme des composés gazeux tels que RN 4, RN 3, RN 2, RN.

1) Forme des halogénures d'hydrogène avec des halogènes :
H2 + Cl2 → 2HCl.
En même temps, il explose avec le fluor, réagit avec le chlore et le brome uniquement lorsqu'il est éclairé ou chauffé, et avec l'iode uniquement lorsqu'il est chauffé.

2) Avec de l'oxygène :
2H 2 + O 2 → 2H 2 O
avec dégagement de chaleur. Aux températures ordinaires, la réaction se déroule lentement, au-dessus de 550 ° C - avec une explosion. Un mélange de 2 volumes de H 2 et 1 volume de O 2 est appelé gaz explosif.

3) Chauffé, il réagit vigoureusement avec le soufre (beaucoup plus difficile avec le sélénium et le tellure) :
H 2 + S → H 2 S (sulfure d'hydrogène),

4) Avec de l'azote avec formation d'ammoniac uniquement sur le catalyseur et à des températures et pressions élevées :
ZN 2 + N 2 → 2NH 3

5) Avec du charbon à haute température :
2H 2 + C → CH 4 (méthane)

6) Forme des hydrures avec les métaux alcalins et alcalino-terreux (l'hydrogène est un agent oxydant) :
H2 + 2Li → 2LiH
dans les hydrures métalliques, l'ion hydrogène est chargé négativement (état d'oxydation -1), c'est-à-dire que l'hydrure Na + H - est construit comme le chlorure Na + Cl -

Avec des substances complexes :

7) Avec des oxydes métalliques (utilisés pour restaurer les métaux) :
CuO + H2 → Cu + H2O
Fe 3 O 4 + 4H 2 → 3Fe + 4H 2 O

8) avec du monoxyde de carbone (II) :
CO + 2H 2 → CH 3 OH
Synthèse - le gaz (un mélange d'hydrogène et de monoxyde de carbone) a un rôle important valeur pratique, peut-être, en fonction de la température, de la pression et du catalyseur, divers composés organiques se forment, par exemple, HCHO, CH 3 OH et autres.

9) Les hydrocarbures insaturés réagissent avec l'hydrogène, se transformant en saturés :
C n H 2n + H 2 → C n H 2n+2.

Dans le système périodique, l'hydrogène est situé dans deux groupes d'éléments qui sont absolument opposés dans leurs propriétés. Cette fonctionnalité rendre tout à fait unique. L'hydrogène n'est pas seulement un élément ou une substance, mais aussi un composant de nombreux composés complexes, un élément organogène et biogénique. Par conséquent, nous examinons plus en détail ses propriétés et ses caractéristiques.

La libération de gaz combustible lors de l'interaction des métaux et des acides a été observée dès le XVIe siècle, c'est-à-dire lors de la formation de la chimie en tant que science. Le célèbre scientifique anglais Henry Cavendish a étudié la substance à partir de 1766 et lui a donné le nom "d'air combustible". Lorsqu'il est brûlé, ce gaz produit de l'eau. Malheureusement, l'adhésion du scientifique à la théorie du phlogistique (hypothétique "matière hyperfine") l'a empêché d'arriver aux bonnes conclusions.

Le chimiste et naturaliste français A. Lavoisier, en collaboration avec l'ingénieur J. Meunier et à l'aide de gazomètres spéciaux, réalisa en 1783 la synthèse de l'eau, puis son analyse en décomposant la vapeur d'eau avec du fer chauffé au rouge. Ainsi, les scientifiques ont pu tirer les bonnes conclusions. Ils ont découvert que "l'air combustible" ne fait pas seulement partie de l'eau, mais peut également en être extrait.

En 1787, Lavoisier a suggéré que le gaz à l'étude est une substance simple et, par conséquent, est l'un des principaux éléments chimiques. Il l'a appelé hydrogène (des mots grecs hydor - eau + gennao - je donne naissance), c'est-à-dire "donner naissance à l'eau".

Le nom russe "hydrogène" a été proposé en 1824 par le chimiste M. Soloviev. La détermination de la composition de l'eau a marqué la fin de la "théorie du phlogistique". Au tournant des XVIIIe et XIXe siècles, on a constaté que l'atome d'hydrogène est très léger (par rapport aux atomes d'autres éléments) et sa masse a été prise comme unité principale de comparaison des masses atomiques, obtenant une valeur égale à 1.

Propriétés physiques

L'hydrogène est la plus légère de toutes les substances connues de la science (il est 14,4 fois plus léger que l'air), sa densité est de 0,0899 g/l (1 atm, 0 °C). Ce matériau fond (solidifie) et bout (se liquéfie), respectivement, à -259,1 ° C et -252,8 ° C (seul l'hélium a une température d'ébullition et de fusion inférieure).

La température critique de l'hydrogène est extrêmement basse (-240 °C). Pour cette raison, sa liquéfaction est un processus plutôt compliqué et coûteux. La pression critique d'une substance est de 12,8 kgf / cm² et la densité critique est de 0,0312 g / cm³. Parmi tous les gaz, l'hydrogène a la conductivité thermique la plus élevée : à 1 atm et 0°C, elle est de 0,174 W/(mxK).

La capacité thermique spécifique d'une substance dans les mêmes conditions est de 14,208 kJ / (kgxK) ou 3,394 cal / (gh ° C). Cet élément est peu soluble dans l'eau (environ 0,0182 ml/g à 1 atm et 20°C), mais bien - dans la plupart des métaux (Ni, Pt, Pa et autres), notamment dans le palladium (environ 850 volumes par volume de Pd) .

Cette dernière propriété est associée à sa capacité à diffuser, tandis que la diffusion à travers un alliage de carbone (par exemple, l'acier) peut s'accompagner de la destruction de l'alliage en raison de l'interaction de l'hydrogène avec le carbone (ce processus est appelé décarbonisation). À l'état liquide, la substance est très légère (densité - 0,0708 g / cm³ à t ° \u003d -253 ° C) et fluide (viscosité - 13,8 centigrades dans les mêmes conditions).

Dans de nombreux composés, cet élément présente une valence +1 (état d'oxydation), similaire au sodium et à d'autres métaux alcalins. Il est généralement considéré comme un analogue de ces métaux. En conséquence, il dirige le groupe I du système Mendeleïev. Dans les hydrures métalliques, l'ion hydrogène présente une charge négative (l'état d'oxydation est -1), c'est-à-dire que Na + H- a une structure similaire au chlorure de Na + Cl-. Conformément à cela et à quelques autres faits (la proximité propriétés physiques l'élément "H" et les halogènes, la possibilité de le remplacer par des halogènes dans les composés organiques) L'hydrogène est classé dans le groupe VII du système de Mendeleïev.

Dans des conditions normales, l'hydrogène moléculaire a une faible activité, ne se combinant directement qu'avec les non-métaux les plus actifs (avec le fluor et le chlore, avec ce dernier - à la lumière). À son tour, lorsqu'il est chauffé, il interagit avec de nombreux éléments chimiques.

L'hydrogène atomique a une activité chimique accrue (par rapport à l'hydrogène moléculaire). Avec l'oxygène, il forme de l'eau selon la formule :

Н₂ + ½О₂ = Н₂О,

libérant 285,937 kJ/mol de chaleur ou 68,3174 kcal/mol (25°C, 1 atm). Dans des conditions de température normales, la réaction se déroule assez lentement et à t ° >= 550 ° С, elle n'est pas contrôlée. Les limites d'explosivité d'un mélange d'hydrogène + oxygène en volume sont de 4 à 94 % H₂, et les mélanges d'hydrogène + air sont de 4 à 74 % H₂ (un mélange de deux volumes de H₂ et d'un volume d'O₂ est appelé gaz explosif).

Cet élément est utilisé pour réduire la plupart des métaux, car il prend l'oxygène des oxydes :

Fe₃O₄ + 4H₂ = 3Fe + 4Н₂О,

CuO + H₂ = Cu + H₂O etc.

Avec différents halogènes, l'hydrogène forme des halogénures d'hydrogène, par exemple :

H₂ + Cl₂ = 2HCl.

Cependant, lors de la réaction avec le fluor, l'hydrogène explose (cela se produit également dans l'obscurité, à -252 ° C), réagit avec le brome et le chlore uniquement lorsqu'il est chauffé ou éclairé, et avec l'iode uniquement lorsqu'il est chauffé. Lors de l'interaction avec l'azote, de l'ammoniac se forme, mais uniquement sur un catalyseur, avec pressions élevées et température :

ZN₂ + N₂ = 2NH₃.

Lorsqu'il est chauffé, l'hydrogène réagit activement avec le soufre :

H₂ + S = H₂S (sulfure d'hydrogène),

et beaucoup plus difficile - avec du tellure ou du sélénium. L'hydrogène réagit avec le carbone pur sans catalyseur, mais à des températures élevées :

2H₂ + C (amorphe) = CH₄ (méthane).

Cette substance réagit directement avec certains métaux (alcalis, alcalino-terreux et autres) en formant des hydrures, par exemple :

Н₂ + 2Li = 2LiH.

Les interactions de l'hydrogène et du monoxyde de carbone (II) sont d'une importance pratique non négligeable. Dans ce cas, en fonction de la pression, de la température et du catalyseur, divers composés organiques se forment : HCHO, CH₃OH, etc. Les hydrocarbures insaturés se transforment en hydrocarbures saturés au cours de la réaction, par exemple :

С n Н₂ n + Н₂ = С n Н₂ n ₊₂.

L'hydrogène et ses composés jouent un rôle exceptionnel en chimie. Il détermine les propriétés acides de la soi-disant. acides protiques, tend à se former avec différents éléments liaison hydrogène, qui a un effet significatif sur les propriétés de nombreux composés inorganiques et organiques.

Obtenir de l'hydrogène

Les principaux types de matières premières pour production industrielle de cet élément sont les gaz de raffinage du pétrole, les combustibles naturels et les gaz de cokerie. Il est également obtenu à partir de l'eau par électrolyse (dans des endroits où l'électricité est abordable). Un des méthodes essentielles La production de matière à partir de gaz naturel est considérée comme l'interaction catalytique d'hydrocarbures, principalement de méthane, avec de la vapeur d'eau (appelée conversion). Par exemple:

CH₄ + H₂O = CO + ZH₂.

Oxydation incomplète des hydrocarbures avec l'oxygène :

CH₄ + ½O₂ \u003d CO + 2H₂.

Le monoxyde de carbone (II) synthétisé subit une conversion :

CO + H₂O = CO₂ + H₂.

L'hydrogène produit à partir du gaz naturel est le moins cher.

Utilisé pour l'électrolyse de l'eau DC, qui est passé à travers une solution de NaOH ou de KOH (les acides ne sont pas utilisés pour éviter la corrosion des équipements). Dans des conditions de laboratoire, le matériau est obtenu par électrolyse de l'eau ou à la suite de la réaction entre l'acide chlorhydrique et le zinc. Cependant, on utilise plus souvent du matériel d'usine prêt à l'emploi dans des cylindres.

Des gaz de raffinerie et des gaz de cokerie, cet élément est isolé en éliminant tous les autres composants du mélange gazeux, car ils sont plus facilement liquéfiés lors du refroidissement profond.

Ce matériau a commencé à être obtenu industriellement à la fin du XVIIIe siècle. Ensuite, il a été utilisé pour remplir des ballons. Actuellement, l'hydrogène est largement utilisé dans l'industrie, principalement dans l'industrie chimique, pour la production d'ammoniac.

Les consommateurs de masse de cette substance sont les fabricants d'alcools méthyliques et autres, d'essence synthétique et de nombreux autres produits. Ils sont obtenus par synthèse à partir de monoxyde de carbone (II) et d'hydrogène. L'hydrogène est utilisé pour hydrogéner les charges lourdes et dures combustible liquide, graisses, etc., pour la synthèse d'HCl, l'hydrotraitement des produits pétroliers, ainsi qu'en coupage/soudage des métaux. Éléments essentiels pour l'énergie nucléaire sont ses isotopes - le tritium et le deutérium.

Le rôle biologique de l'hydrogène

Environ 10% de la masse des organismes vivants (en moyenne) tombe sur cet élément. Il fait partie de l'eau et des groupes les plus importants de composés naturels, notamment les protéines, les acides nucléiques, les lipides, les glucides. A quoi ça sert ?

Ce matériau joue un rôle déterminant : dans le maintien de la structure spatiale des protéines (quaternaire), dans la mise en œuvre du principe de complémentarité acides nucléiques(c'est-à-dire dans la mise en œuvre et le stockage de l'information génétique), en général, dans la "reconnaissance" au niveau moléculaire.

L'ion hydrogène H+ participe à d'importantes réactions/processus dynamiques dans le corps. Notamment : dans l'oxydation biologique, qui fournit de l'énergie aux cellules vivantes, dans les réactions de biosynthèse, dans la photosynthèse chez les plantes, dans la photosynthèse bactérienne et la fixation de l'azote, dans le maintien de l'équilibre acido-basique et de l'homéostasie, dans les processus de transport membranaire. Avec le carbone et l'oxygène, il forme la base fonctionnelle et structurelle des phénomènes de la vie.

Hydrogène (papier calque du latin: lat. Hydrogenium - hydro = "eau", gen = "générant"; hydrogénium - "générant de l'eau"; désigné par le symbole H) - le premier élément du système périodique des éléments. Largement distribué dans la nature. Le cation (et le noyau) de l'isotope le plus courant de l'hydrogène 1 H est le proton. Les propriétés du noyau 1 H permettent d'utiliser largement la spectroscopie RMN dans l'analyse des substances organiques.

Les trois isotopes de l'hydrogène ont propres noms: 1 H - protium (H), 2 H - deutérium (D) et 3 H - tritium (radioactif) (T).

La substance simple hydrogène - H 2 - est un gaz léger et incolore. En mélange avec de l'air ou de l'oxygène, il est combustible et explosif. Non toxique. Dissolvons dans l'éthanol et un certain nombre de métaux : fer, nickel, palladium, platine.

Récit

La libération de gaz combustibles lors de l'interaction des acides et des métaux a été observée au 16e et XVII sièclesà l'aube de la formation de la chimie comme science. Mikhail Vasilyevich Lomonosov a également directement souligné son isolement, mais réalisant déjà définitivement qu'il ne s'agissait pas de phlogistique. Le physicien et chimiste anglais Henry Cavendish a étudié ce gaz en 1766 et l'a appelé « air combustible ». Lorsqu'il est brûlé, «l'air combustible» produit de l'eau, mais l'adhésion de Cavendish à la théorie du phlogistique l'empêche de tirer les bonnes conclusions. Le chimiste français Antoine Lavoisier, en collaboration avec l'ingénieur J. Meunier, à l'aide de gazomètres spéciaux, a réalisé en 1783 la synthèse de l'eau, puis son analyse, en décomposant la vapeur d'eau avec du fer chauffé au rouge. Ainsi, il a établi que "l'air combustible" fait partie de l'eau et peut en être extrait.

origine du nom

Lavoisier a donné à l'hydrogène le nom d'hydrogène (de l'autre grec ὕδωρ - eau et γεννάω - je donne naissance) - "donnant naissance à l'eau". Le nom russe "hydrogène" a été proposé par le chimiste M.F. Solovyov en 1824 - par analogie avec "oxygène" par M.V. Lomonosov.

Prévalence

Dans l'univers
L'hydrogène est l'élément le plus abondant dans l'univers. Il représente environ 92% de tous les atomes (8% sont des atomes d'hélium, la part de tous les autres éléments combinés est inférieure à 0,1%). Ainsi, l'hydrogène est le principal composantétoiles et gaz interstellaire. Dans des conditions de températures stellaires (par exemple, la température de surface du Soleil est d'environ 6000 ° C), l'hydrogène existe sous forme de plasma; dans l'espace interstellaire, cet élément existe sous forme de molécules individuelles, d'atomes et d'ions et peut forment des nuages ​​moléculaires dont la taille, la densité et la température varient considérablement.

La croûte terrestre et les organismes vivants
La fraction massique d'hydrogène dans la croûte terrestre est de 1% - c'est le dixième élément le plus courant. Cependant, son rôle dans la nature n'est pas déterminé par la masse, mais par le nombre d'atomes, dont la part parmi les autres éléments est de 17% (deuxième place après l'oxygène, dont la proportion d'atomes est d'environ 52%). Par conséquent, l'importance de l'hydrogène dans les processus chimiques se produisant sur Terre est presque aussi grande que celle de l'oxygène. Contrairement à l'oxygène, qui existe sur Terre à la fois dans des états liés et libres, pratiquement tout l'hydrogène sur Terre se présente sous forme de composés ; seule une très faible quantité d'hydrogène sous forme de substance simple se trouve dans l'atmosphère (0,00005 % en volume).
L'hydrogène est un constituant de presque toutes les substances organiques et est présent dans toutes les cellules vivantes. Dans les cellules vivantes, par le nombre d'atomes, l'hydrogène représente près de 50 %.

Reçu

Les méthodes industrielles d'obtention de substances simples dépendent de la forme sous laquelle l'élément correspondant se trouve dans la nature, c'est-à-dire quelle peut être la matière première pour sa production. Ainsi, l'oxygène, qui est disponible à l'état libre, est obtenu de manière physique - par isolation de l'air liquide. Presque tout l'hydrogène est sous forme de composés, donc, pour l'obtenir, méthodes chimiques. En particulier, des réactions de décomposition peuvent être utilisées. L'une des façons de produire de l'hydrogène est la réaction de décomposition de l'eau par le courant électrique.
De base façon industrielle production d'hydrogène - la réaction avec l'eau du méthane, qui fait partie du gaz naturel. Elle est réalisée à haute température :
CH 4 + 2H 2 O \u003d CO 2 + 4H 2 -165 kJ

L'une des méthodes de laboratoire pour produire de l'hydrogène, parfois utilisée dans l'industrie, est la décomposition de l'eau par le courant électrique. L'hydrogène est généralement produit en laboratoire en faisant réagir du zinc avec de l'acide chlorhydrique.